用于优化经由通信网络连接的网络设备之间的时间同步的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在经由第一网络或多个第一子网络彼此联网的控制设备(200，220，222，224，226，228，230)的系统中定义最高级时钟的方法(300)，这些联网的控制设备中的至少一个是基于服务器的控制设备(200)，该基于服务器的控制设备在一个物理单元中组合多个适合作为最高级时钟的源、在基于服务器的控制设备内借助第二网络经由交换机(202，204，206)通信地连接的功能单元(208，210，212，214)，该物理单元经由一个或多个网络接口连接到第一网络或多个第一子网络，该方法包括确定(302)整个网络的最佳时钟。如果该最佳时钟位于基于服务器的控制设备中，则该方法还包括确定(306

Method for optimizing time synchronization between network devices connected via a communication network

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化经由通信网络连接的网络设备之间的时间同步的方法


[0001]本专利技术涉及一种包含相互同步的网络设备的通信网络。

技术介绍

[0002]以太网技术用于计算机彼此联网的许多领域，并且也越来越多地用于车辆中，在车辆中，以太网技术正在取代旧的或专有的数据连接和数据总线。
[0003]在OSI层模型的第3层上，以太网连接支持大量的交换协议，以用于在发射器与接收器之间传输数据分组。在更高协议层中，将数据流分割成分组，在通信的系统之间进行进程通信，将数据转换为与系统无关的形式，并且最后为应用提供功能。即使是在空间上相互靠近的联网设备的相对较小网络也可能已经具有大量路由器和交换机，这些路由器和交换机将来自发射器的数据分组路由到正确的接收器。
[0004]如在其他网络中一样，除了网络组件和接口的标称速度之外，以太网网络中的等待时间或延迟也可能对单位时间内实际能够传输的数据量以及从发射器到接收器的传输持续时间产生重大影响。
[0005]等待时间或延迟可能具有不同的来源和原因。网络中数据传输延迟的来源特别是所谓的传输延迟，也就是说发射器在通信连接或链路上发送数据分组所需的时间。该延迟可能尤其取决于数据分组的长度以及网络的带宽或速度。
[0006]信号传播时间或传播延迟表示发射器通过通信连接发送的信号到达接收器所需的时间。该延迟首先取决于发射器与接收器之间的距离以及信号的传播速度。无线电波在真空中的传播速度或光波在光纤中的传播速度与光速相对应，但在铜线中，信号的传播速度可能会下降到光速的三分之二，这取决于铜线的结构。
[0007]交换机等待时间也可能在可用数据速率中发挥重要作用。这特别适用于支持高性能和集群计算应用的网络，在这些网络中，在最小化通信端点对或组之间的通信路径中的总体延迟或延迟变化方面存在优势。在许多情况下，与连接的标称带宽相比，交换机等待时间对应用或服务性能以及用户体验的影响要大得多。
[0008]交换机等待时间表示以太网分组穿过以太网交换机所需的时间。虽然这在概念上很简单，但实际上有许多因素可能会导致分组经历的实际等待时间显著不同，有时相差几个数量级。
[0009]交换机等待时间是在以太网交换机的输入端口与输出端口之间测量的。该交换机等待时间强烈地依赖于交换机所使用的交换范式：直通或存储转发。
[0010]存储转发要求交换机接收并缓冲整个分组，然后做出转发决策并经由输出端口开始分组传输。对于某些转发操作，例如第3层上进行的分组路由，当在分组转发操作中需要复杂选项时可能需要存储转发模式。
[0011]另一方面，直通转发允许在接收到足够的数据以做出转发决策后立即经由输出端口发射分组。例如，在简单的第2层转发的情况下，一旦接收到目的地MAC地址并进行查找以
确定相关联的输出端口，就可以执行此操作。直通转发由交换机逐分组决定。
[0012]直通转发可以在交换机中实现较低等待时间转发，这在很大程度上与分组长度无关。然而，直通转发仅在某些条件下是可能的。直通转发例如可以仅在以相同速度操作的接口之间执行，例如当将1Gbps接口连接到1Gbps接口时。其无法在不同速度的接口之间进行连接，例如在1Gbps与100Mbps接口之间。直通转发也可能仅在输出端口空闲时执行，空闲也就是说没有被数据流控制“停止”并且没有排队等待传输的待处理帧。
[0013]容易看出，当具有不同速度接口的网络中的多个分组流去往某一端口时，即使这些流所需的传输总带宽小于标称链路容量，在该端口上也可能经常存在争用，并且因此，在许多情况下，转发的数据比理论上使用直通转发可能转发的数据要少。
[0014]现代第2层或第3层交换机的等待时间通常在从数百纳秒到几十微秒的范围内。等待时间的宽范围主要是由交换机架构和设计导致的，但根据应用情况可能会出现甚至更大的等待时间差异。例如，同时使用的端口的数量和流量的类型(例如，没有分组流争用输出端口的一对一流量或者所有流量争用输出端口的完全网状流量)对等待时间有很大的影响，因为在完全网状流量的情况下，如果存在对端口的争用，则数据分组可能在交换机队列中缓冲相对长的时间。
[0015]交换机等待时间也经常与所谓的排队延迟联系在一起，在排队延迟中，将位于通信路线上的交换机中的所有等待时间的延迟相加。
[0016]在转发数据的交换机、路由器或其他网络设备中，所谓的处理延迟会加剧这种情况，处理延迟是指评估分组报头或进行误差校正措施等所需的时间。在高速路由器和交换机中，处理延迟的数量级为微秒或更小。
[0017]因此，数据分组从发射器传播到接收器所需的总时间是传输延迟、信号传播时间、排队延迟和处理延迟的总和。信号被交换机或另一个网络设备接收、评估和/或处理并仅在此后被转发的频率越高，到达实际接收器所花费的时间就越长。
[0018]在许多网络中，一些延迟相对较短，并且尤其是在很大程度上是恒定的，例如信号传播时间，该信号传播时间仅在发射器与接收器之间的距离改变时或者在连接的路线改变使得总距离变长或变短时才改变。在具有已知长度的子路线的网络中，即使在改变路线的情况下，也可以根据路线的各个区段的已知距离来相对准确地确定信号传播时间。
[0019]其他延迟不太恒定并且也是不可预测的，例如交换机等待时间，该交换机等待时间尤其强烈依赖于一次有待经由某个物理网络接口传输的数据的量、可能地优先级和时间。
[0020]在许多网络中，需要同步网络设备中存在的计时器，特别是包括在车辆网络中的计时器，其中，需要实现传感器数据的时间同步采集以进行安全操作。为此，在车辆中使用的几乎所有以太网通信网络都使用时间同步协议，该时间同步协议提供在所有网络设备中同步的全球网络时基。预期时间同步网络设备在车辆和其他应用领域中的普及率在未来会持续增加。
[0021]IEEE 802.1AS标准提供了一种这样的时间同步协议，该时间同步协议也被称为“广义精确时间协议(generalized Precision Time Protocol)”的首字母缩写词gPTP。从网络中所谓的“最佳时钟”(也称为最高级计时装置或最高级时钟)出发，建立主从时钟层次结构。在这种情况下，该最高级计时装置为网络提供时基，该网络中的所有其他网络设备都
与该时基同步。
[0022]图1示出了广义精确时间协议的三个基本功能：最佳时钟的确定、时间信息的交换、以及相邻节点之间的连接线上的传播时间的测量。
[0023]该最高级计时装置通过所谓的最佳主时钟算法(BMCA)来确定并在网络内被宣告。为此，支持IEEE 802.1AS的网络设备周期性地将包含关于它们的内部时钟的信息的宣告消息传输到直接连接的其他网络设备。关于内部时钟的信息提供了以下指示：相应时钟的准确性、其基准或时间基准、以及可以用来确定网络中的最佳时钟的其他属性。这种宣告消息在图1a)中以示例的方式展示。这种宣告消息的接收者将随着其自身的内部时钟的特征接收的信息与已经从另一端口随着关于其他网络设备的时钟的信息接收的任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在经由第一网络或多个第一子网络(240，242，244)彼此联网的控制设备(200，220，222，224，226，228，230)的系统中定义最高级时钟的方法(300)，其中，这些联网的控制设备中的至少一个是基于服务器的控制设备(200)，该基于服务器的控制设备在一个物理单元中组合多个适合作为最高级时钟的源、在基于服务器的控制设备内借助第二网络经由交换机(202，204，206)通信地连接的功能单元(208，210，212，214)，该物理单元经由一个或多个网络接口连接到第一网络或多个第一子网络(240，242，244)，该方法包括：
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确定(302)整个网络的最佳时钟，其中，当该最佳时钟位于基于服务器的控制设备中时，该方法包括：
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确定(306
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2)适合作为最高级时钟的源的选定的功能单元与将基于服务器的控制设备连接到第一网络或多个第一子网络的选定的主动网络接口之间的距离，
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针对这些选定的功能单元中的每一个确定(306
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3)到所有选定的网络接口的平均距离，以及
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将到所有选定的网络接口的平均距离最小的选定的功能单元定义(310)为第一网络或第一子网络的定义的最高级时钟。2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，选定的功能单元是基于服务器的控制设备的适合作为最高级时钟的源的所有功能单元，到所述选定的主动网络接口的距离是针对所有功能单元的时钟来确定的。3.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，选定的功能单元是基于服务器的控制设备的满足预定最小需求的那些功能单元，其中，到所述选定的主动网络接口的距离仅针对这些选定的功能单元的时钟来确定。4.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，选定的功能单元是基于服务器的控制设备的将最佳时钟的时间同步消息转发到网络接口的那些功能单元，其中，到所述选定的主动网络接口的距离仅针对这些选定的功能单元的时钟来确定。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，选定的主动网络接口是基于服务器的控制设备的所有主动网络接口。6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法(300)，其中，选定的主动...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：大陆汽车有限责任公司，
类型：发明
国别省市：